大景深光學(xué)成像系統(tǒng)的研究.pdf

1、增大非相干光學(xué)成像系統(tǒng)的景深近年來一直是應(yīng)用光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，這是因?yàn)榇缶吧罟鈱W(xué)成像系統(tǒng)可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域，比如可以應(yīng)用于機(jī)器視覺、生物或醫(yī)學(xué)顯微成像、光學(xué)遙感等領(lǐng)域。1960年Welford提出了利用環(huán)形孔徑增大景深。自此以后，又涌現(xiàn)出了很多方法，比如，能量吸收切趾器法，序列圖像融合法，特殊設(shè)計(jì)鏡頭結(jié)合圖像后處理法，光瞳面內(nèi)的相位模板結(jié)合圖像后處理方法，三維全息等。當(dāng)前活躍研究集中在普通光學(xué)成像系統(tǒng)中引入相位模板并結(jié)合數(shù)字圖像復(fù)原技

2、術(shù)來增大光學(xué)成像系統(tǒng)的景深。在光學(xué)部分，處在光瞳面處的相位模板改變成像波前從而得到不隨離焦變化的中間圖像；在圖像處理部分，通過不依賴于聚焦?fàn)顟B(tài)的數(shù)字濾波器對(duì)中間的圖像進(jìn)行處理以得到大景深圖像。本文對(duì)大景深光學(xué)成像系統(tǒng)進(jìn)行了研究。 ⑴基于標(biāo)量衍射理論建立了大景深成像系統(tǒng)的理論模型，研究了立方相位模板和指數(shù)相位模板對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的特性。從大景深成像系統(tǒng)實(shí)際所需要的景深、分辨率以及最小幅度傳遞函數(shù)MTF響應(yīng)值出發(fā)，設(shè)計(jì)了相位模板的個(gè)性化優(yōu)化

3、設(shè)計(jì)模型。在設(shè)計(jì)景深、分辨率范圍內(nèi)，以保證系統(tǒng)的MTF值大于設(shè)定的最小MTF響應(yīng)值為優(yōu)化邊界條件，以不同離焦對(duì)應(yīng)的光學(xué)傳遞函數(shù)的Fisher信息的積分作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。對(duì)波前編碼系統(tǒng)的立方相位模板CPM和指數(shù)相位模板EPM進(jìn)行了幾組優(yōu)化設(shè)計(jì)。 ⑵基于非相干大景深光學(xué)成像系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的離焦不變性，并利用穩(wěn)相法積分近似方法，推導(dǎo)出四次多項(xiàng)式圓對(duì)稱相位模板，并利用優(yōu)化模型得到了幾組優(yōu)化參數(shù)。設(shè)計(jì)了一種新的由多個(gè)等面積環(huán)形區(qū)域組成的

4、純相位模板，相鄰的環(huán)形分區(qū)用于交替補(bǔ)償高斯物面兩側(cè)離焦。通過適當(dāng)調(diào)整模板參數(shù)，可以使得系統(tǒng)景深達(dá)到原來的4倍以上?？偨Y(jié)了方形孔徑相位模板和圓對(duì)稱型相位模板對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。 ⑶研究了處在像差容限值范圍內(nèi)的初級(jí)像差對(duì)相位模板對(duì)應(yīng)大景深成像系統(tǒng)的影響?；陬l域?yàn)V波理論和大景深成像系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)，設(shè)計(jì)了大景深圖像復(fù)原濾波器的表達(dá)式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)景深范圍內(nèi)得到的所有中間圖像進(jìn)行復(fù)原。最后，在光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Zemax中設(shè)計(jì)了利用文中幾種相